7N01铝合金电子束定点焊熔池输运现象预测

为有效改善真空电子束焊焊缝成形并抑制成形缺陷产生,本文以12 mm厚7N01铝合金为研究对象,基于CFD软件Ansys Fluent深入分析了电子束定点焊匙孔钻取过程及熔池传热和流体输运现象并进行了实验验证.为真实反映电子束流能量密度空间分布特点,建立了考虑束流活性区特征的自适应热源模型并采用VOF算法对气液界面进行实时追踪.数值分析结果表明,束流能量密度分布及与瞬态熔池/匙孔之间的耦合作用是直接决定焊缝成形良好与否的关键.当束流处于下聚焦模式时,特有的能量分布形式及其诱导的等离子体保温作用、金属蒸汽反冲压力、Marangoni流以及热浮力的耦合向上输运作用(最大流体速度为15 m/s左右),导致最终焊缝余高的形成及钉头区域扩展.由于深度方向上束流能量密度先增加后大幅降低,导致熔深熔宽的增加速度出现类似的演变规律,并且在匙孔底部可能诱发钉尖缺陷的产生.此外,研究还发现,随着匙孔深度增加,能量波动、金属蒸汽反冲压力与表面张力竞争作用逐渐加剧,促使匙孔钻取过程具有周期性.     

基于有限差分法的焊接熔池中耦合场的数值模拟

针对TIG(钨极惰性气体保护电弧焊)焊接熔池中流场和温度场的耦合问题,建立了一定条件下的焊件上液体区域的温度、速度、压力等变量和固体区域的温度变量之间强耦合的三维瞬态控制方程及初始条件和边界条件,运用有限差分法与牛顿迭代法、超松弛方法相结合的数值方法对该数学模型进行了求解,并对0Cr18Ni9不锈钢薄板的TIG焊接熔池中流场和温度场进行了数值模拟.模拟结果验证了该数学模型和所采用的数值方法的有效性,为TIG焊接熔池的数值模拟及与其类似的实际问题的数值模拟提供了理论依据和实验数据.     

基于有限差分法的焊接熔池中耦合场的数值模拟

针对TIG（钨极惰性气体保护电弧焊）焊接熔池中流场和温度场的耦合问题,建立了一定条件下的焊件上液体区域的温度、速度、压力等变量和固体区域的温度变量之间强耦合的三维瞬态控制方程及初始条件和边界条件,运用有限差分法与牛顿迭代法、超松弛方法相结合的数值方法对该数学模型进行了求解,并对0Cr18Ni9不锈钢薄板的TIG焊接熔池中流场和温度场进行了数值模拟.模拟结果验证了该数学模型和所采用的数值方法的有效性,为TIG焊接熔池的数值模拟及与其类似的实际问题的数值模拟提供了理论依据和实验数据.     

氧化物活性剂对熔池形状影响的研究现状

对活性剂影响熔池形态的机制和实验模拟的研究现状分析表明,氧化物活性剂对钨极惰性气体保护焊(TIG)的熔池形态具有显著的影响;通过在母材表面涂敷活性剂,可以很好地改善焊接熔池形态.同时,指出了活性焊接的研究方法及研究趋势.     

基于ANSYS的MONEL-400合金中厚板CMT数值模拟

为获得中厚板CMT残余应力分布规律,进一步了解CMT焊接的优越性,基于ANSYS有限元分析软件,以体生热率做热源,以"生死单元技术"模拟焊缝的生成,对MONEL-400平板CMT焊接进行数值模拟.通过分析模拟结果得到CMT焊接温度场和应力场;通过分析残余应力数据发现CMT对焊件的纵向应力影响较大,该方向在焊缝中心产生的最大残余应力达261 MPa;通过与普通对接焊模拟结果对比发现,CMT可减小焊接塑性变形区的宽度,焊件性能更优越.     

表面活性元素对熔池流场的影响

本文采用数值模拟技术研究了表面活性元素对 Ｍ Ｉ Ｇ／ Ｍ Ａ Ｇ 焊接熔池流场的影响,揭示了表面活性元素大幅度地提高焊缝金属的组织和性能,降低熔敷金属扩散氢含量的作用机理,为开发新的焊接材料提供了理论依据     

表面活性元素对熔池流场的影响

本文采用数值模拟技术研究了表面活性元素对ＭＩＧ／ＭＡＧ焊接熔池流场的影响,揭示了表面活性元素大幅度地提高焊缝金属的组织和性能,降低熔数金属扩散氢含量的作用机理,为开发新的焊接材料提供了理论依据。     

对接焊缝数值模拟方法研究

为了准确模拟对接焊缝的温度场,在分析前人关于双椭球热源模型参数选取方法的基础上结合相关的计算经验提出了比较完善的双椭球热源模型参数选取方法,运用前人的试验数据对其准确性进行了验证;然后对考虑和不考虑焊接过程材料添加的两种模拟方法进行了仿真分析与对比,发现考虑材料添加比不考虑材料添加的算法更合理,其所得熔池形态、温度场及应力场与实际情况更吻合;最后应用数值模拟方法分别模拟了匀速焊接和变速焊接,发现采用变速焊接方法调整起弧阶段的焊接速度,可以避免匀速焊接起弧阶段存在的未焊透焊接缺陷.     

蒸汽通道宽度对凝汽器优化布管的影响

以某凝汽器为研究对象,数值模拟其壳侧蒸汽的流动情况,研究了凝汽器留有的蒸汽通道宽度对凝汽器壳侧蒸汽流动以及凝汽器压力的影响.凝汽器蒸汽通道宽度的设置应以使得其内的蒸汽流速适中为宜,流速过大会导致蒸汽流动的不均匀性,增大汽阻;过小会使得蒸汽在管束区内的流动偏低,降低换热效果.     

2A16铝合金TIG焊熔池模拟

通过FLUENT软件进行二次开发,针对2A16铝合金TIG焊接过程,建立移动焊接熔池模型,考虑了表面张力、浮力、电磁力等对熔池流动的影响,模拟分析不同焊接电流条件下,熔池温度场和流场变化情况,以及熔池形貌变化。模拟结果直观显示焊接熔池形貌、温度场、流场分布状况,熔池流场分为两部分,在熔池表层,金属液由中间流向边缘,熔池底部金属液有边缘流向中间,熔池焊接进行一段时间后达到准稳态,温度场关于焊缝近似对称分布,焊接熔池内部传热方式以对流传热为主,随焊接电流的增加,熔深增加,熔宽略有增加。     

电子束焊温度场的研究现状与发展趋势

电子束焊接作为一种高能束加工方法 ,在生产应用中具有重要地位。电子束焊温度场决定了焊接应力场和应变场 ,是影响焊接质量和生产率的主要因素。介绍了电子束焊温度场模型 ,在分析了点热源、线热源模型的基础上 ,指出点热源模型仍是研究焊接温度场的基础 ,同时介绍了其它几种考虑电子束小孔效应的温度场模型。讨论了计算温度场的热源模式 ,给出以高斯函数分布和双椭圆体能量密度分布的两种热源模式。列举了热物理参数、相变潜热、熔池流动等影响温度场的因素。认为基于解析解法的复杂性和计算机的飞速发展 ,数值解法将在温度场研究中发挥更加重要的作用     

Monel-400合金板焊接温度场有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,根据钨极氩弧焊焊接特点,建立了高斯衰减热源模型,并在一定厚度、一定焊接工艺条件下对Monel-400合金板焊接温度场进行了模拟计算。模拟结果分析得到：利用高斯旋转热源在焊接过程中形成了长度为12 mm,宽度为7 mm,深度为5 mm的熔池。熔池上表面与下表面温度相差约620℃,热影响区节点温度随到焊缝中心距离的增加而不断减小。模拟结果表明改进后的热源模型与实际焊接较为吻合,有利于提高焊接温度场的模拟计算精度。     

摆动磁场条件下的焊接接头组织研究

为了优化不锈钢焊接工艺,提高焊接质量,进行了外加电磁场条件下的304不锈钢钨极氩弧焊(TIG),磁场施加方式分别为横向磁场和旋转磁场.焊后采用电子显微镜对焊接接头进行显微组织观察,研究了不同外加磁场类型和不同焊接速度对不锈钢焊接接头组织的作用规律.试验结果表明,外加磁场改变了熔池的流动形态,使金属液由四周向中心流动并伴有搅拌,也使焊缝熔深增大的同时,抑制柱状晶的形成,细化组织.     

高功率光纤激光深熔焊接小孔特征直接观测

为了解决深熔焊接小孔难以直观观测的难题,提出改进的"三明治"方法,并对10 kW光纤激光深熔焊接小孔进行了直观观测,观测到激光深熔焊接清晰的小孔内壁及沿着孔壁的液体流动.对小孔前沿壁上流动的液体"台阶"及其伴随的流体动力学和蒸汽现象进行了同步观测.观测了金属微滴脱离小孔壁过程及所导致的蒸汽爆发现象.采用光谱仪对小孔内部光谱信号进行了精确探测并计算了孔内光致等离子体特征参数.试验结果表明:小孔壁的流体动力学行为对焊接缺陷的产生具有决定性影响.     

电子束焊接栅偏压和阴极发射面积对焊缝形状的影响

电子束焊接焦点的大小是影响焊缝成型的重要因素。通过实验分析了电子束焊接栅偏压和阴极发射面尺寸对焊缝形状的影响,结果表明,在保证阴极发射电流密度的情况下采用阴极发射面积和栅偏压组合使焊缝表面宽度减小,可获得良好焊缝形状。同时验证了阴极发射面积和栅偏压是电子束束斑直径大小最直接的影响因素,该结果为适应电子束焊机在单一发射面积条件下适应各种规格材料的焊接奠定了基础。     

熔滴短路过渡建模及熔池三维瞬态行为模拟

针对短路过渡CO_2焊接的熔滴过渡随机性强、熔池动态行为复杂的特点,考虑熔滴与熔池短路时刻、短路时刻的熔滴半径、温度和中心位置等随机因素,提出了熔滴短路过渡行为模型.采用非对称高斯热源表征电弧热流密度沿焊接方向的非对称性,采用附加源项法处理熔池各动量源,采用VOF追踪熔池气-液界面,采用液相分数法和焓-孔隙度法处理液-固糊状区熔化金属凝固潜热及动量损失,建立了短路过渡焊接熔池的三维瞬态模型.基于FLUENT软件二次开发,模拟了熔池的动态行为,研究了熔池温度场和流场的瞬态变化.对比等速送丝和脉冲送丝情况,熔滴短路间隔时间的概率密度分布和焊缝成形的模拟与实验结果吻合良好,验证了熔滴短路过渡行为模型和熔池三维瞬态模型的有效性.     

Learning semantic-specific visual representation for laser welding penetration status recognition

Science China Technological Sciences - The degree of penetration can directly reflect the forming quality of laser welding. The fine-grained feature of the molten pool/keyhole image brings...     

7715D高温钛合金的电子束焊接

采用电子束焊接方法研究了7715D高温钛合金的焊接性能。焊接结果表明:焊接接头成形良好,焊接接头抗拉强度达到983 MPa,断口部位位于热影响区;焊缝和靠近焊缝的热影响区的显微组织均为典型的网篮状,母材显微组织为块状初生α相和β转变组织构成的双态组织。     

数模转换技术在电子束焊机控制系统中的应用

根据电子束焊机控制系统的要求，利用数模转换技术实现了对电子束焊机各主要系统的控制．对电子束焊机的高压控制系统、束流控制系统和工作台运动控制系统的特点进行了分析，提出用PLC的特殊功能模块技术设计系统控制软件．硬件采用FX2N-128MT为中央控制系统实现对整机设备的控制．设备运行表明：设计的硬件和软件工作可靠，符合电子束焊接工艺的需要．